بررسی کاهش نیترات زه‌آب کشاورزی توسط زئولیت اصلاح شده در آزمایش‌های ناپیوسته و پویا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی گروه مهندسی آب دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 استادیار گروه مهندسی آب دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

کمبود منابع آب مورد نیاز برای کشاورزی از یک سو و افول کیفی ناشی از ورود زه‌آب‌های نامطلوب از سوی دیگر منجر به تهدیدهای زیست محیطی منابع آب شده است. مصرف نادرست کودهای نیتروژن‌دار که از مهم‌ترین مواد مغذی مورد نیاز برای گیاهان به شمار می‌آیند منجر به ورود بیش از حد مجاز ترکیبات نیتروژن به منابع آب می‌شود. در این پژوهش کاربرد زئولیت طبیعی اصلاح شده با هدف کاهش نیترات از محلول‌های آبی در آزمایش‌های ناپیوسته و پویا بررسی شد. زمان تعادل و مقدار جذب نیترات به­دست آمده در مدل فیزیکی کانال زهکش با نتایج آزمایش‌های ناپیوسته مقایسه شد. زمان تعادل در هر دو حالت یکسان و حدود 60 دقیقه به­دست آمد اما مقدار جذب و درصد حذف نیترات یکسان نبود. از آنجایی که نتایج متفاوت مشاهده شده ناشی از اثر مدل فیزیکی بود، اثر دو دبی 05/0 و 08/0 لیتر بر ثانیه، سه ضخامت 2، 3 و 5 سانتی‌متری حوضچه جذب و تعداد دفعات عبور زهاب از فیلتر بین 2 تا 32 بار بر درصد حذف نیترات بررسی شد. نتایج کارایی بهتر زئولیت به مقدار 8 تا 16 درصد را در دبی بیش‌تر نشان داد. هم­چنین با ثابت نگه‌داشتن مقدار زئولیت و کاهش ضخامت حوضچه‌ی جذب از 33/0 تا 13/0 عرض مدل، حدود 19 درصد افزایش درصد حذف مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Nitrate Reduction from Drain Water Using Modified Zeolite in Batch and Dynamic Experiments

نویسندگان [English]

  • Mehrnaz Moslemi kochesfahani 1
  • Maryam Navabian 2
  • Mehdi Esmaeili Varaki 2
  • Majid Vazifehdust 2
1 MSC Student of Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan., Rasht., Iran
2 Assistant Professor of Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan., Rasht., Iran
چکیده [English]

Quantity lack of required water resources for agriculture and quality decreasing caused by entrance of poor quality drain water resulted environmental threatens in the resources. Inappropriate application of nitrogen fertilizers that are one of the most important required nutrients for plants causes entrance of nitrogen components more than allowed limits to the water resources. Modified natural zeolite usage for nitrate reduction from aqueous solutions in batch and dynamic experiments investigated in this research. Equilibrium time and the amount of nitrate adsorption resulted from physical model were compared to the results of batch tests. Equilibrium time resulted from both conditions was about 60 minutes but the portions of nitrate adsorption and removal percent were different. While the different observed results caused by physical drain channel model, effects of two flow rates including 0.05 and 0.08 (lit/s) and three sorption box widths including 2, 3 and 5 cm on nitrate removal were surveyed. Results showed 8 to 16 percent better zeolite efficiency in more flow rate. About 19 percent removal increase observed by reduction of adsorption box widths from 0.33 to 0.13 of adsorption box length.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adsorption
  • Equilibrium time
  • Isotherm
  • Physical Model
  • Environmental
شیخ محمدی،ی.، لیاقت،ع. و مهدوی،ع. 1389. بررسی ایزوترم جذبی نیترات توسط زئولیت اصلاح شده، چهارمین کنفرانس ملی روز جهانی محیط زیست، دانشگاه تهران، خرداد ماه.

مسلمی کوچصفهانی،م.، نوابیان،م. و اسمعیلی ورکی،م. 1391. مقایسه کارایی زئولیت طبیعی و زئولیت اصلاح شده در کاهش نیترات از آب‌های آلوده، ششمین همایش ملی مهندسی محیط زیست، دانشگاه تهران، آبان ماه.

Bowman,R.S. Haggerty,G.M. Huddleston,R.G. Neel,D. and Flynn,M. 1995. Sorption of nonpolar organics, inorganic cations, and inorganic anions by surfactant-modified zeolites. ACS Symposium Series 594. American Chemical Society, Washington.

Canter,L.W. 1997. Nitrates in groundwater. CRC Press, Boca Raton.

Datta,P.S. Tyagi,S.K. Mookerjee,P. Bhattacharya,S.K. Navindu,G. and Bhatnagar, P.D. 1999. Groundwater NO3 and F contamination processes in Pushkar Valley, Rajasthan as reflected from O18 isotopic signature and H3 recharge studies, Environmental Monitoring Assessment, 56:209-219.

European Council Commission, 2002. Implementation of Council Directive 91/676/EEC concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources, Report from the Commission. COM 407 Final, Brussels.

Erdem,E. Karapinar,N. and Donat,R. 2004. The removal of heavy metal cations by natural zeolites, Journal of Colloid Interface Science, 280:309–314.

Fazeli,M. Kalantari,M. Rahimi,M.H. and Khobyari,A. 2011. Temporal and spatial distribution of nitrate in the Zeydoun Plain s groundwater resources. Journal of Water Engineering. 4:8.45-51.

Guan,H. Bestland,E. Zhu,C. Albertsdottir,D. Huston,J. Simmons,C.T. Ginic-Markovic,M. Tao,X. andEllis,A.V. 2010. Variation in performance of surfactant loading and resulting nitrate removal among four selected natural zeolites, Hazardous Materials. 183:616-621.

Haugen,K.S. Semmens,M.J. and Novak,P.J. 2002. A novel in-situ technology for the treatment of nitrate contaminated groundwater, Water Resource, 36:3497-3506.

Kesraouiouki,S. Cheeseman,C.R. and Perry,R. 1994. Natural zeolite utilization in pollution control- a review of applications to metals effluents, Journal of Chemical Technology. Biotechnology. 59:121–126.

Li,Z. and Bowman,R.S. 1998. Sorption of chromate and PCE by surfactant-modified clay minerals, Environmental Engineering Science. 15:237-245

Li,Z. Anghel,I. and Bowman,R.S. 1998. Sorption of oxyanions by surfactant modified zeolite. Journal of Dispersion Science Technology, 19:843-857.

Li,Y. and Zhang,J. 1999. Agriculture diffuses pollution from fertilizers and pesticides in China, Water Science Technology. 39:3.25-32.

Mahdavi mazdeh,A. Liaghat,A. and Sheikh mahamadi,Y. 2011. Nitrate removal from agricultural wastes using modified zeolite. Iranian Water Research Journal. 5:8.18-26.

Masukume,M. Onyango,M.S. Aoyi,O. and Otieno,F. Nitrate removal from groundwater using modified natural zeolite. Available online at: http://www.ewisa.co.za /literature/ files/ 144_97%20 Masukume. Pdf (visited 3 November 2012).

Ming,D.W. and Dixon,J.B. 1987. Quantitative determination of clinoptilolite in soils by a cation-exchange capacity method, Journal of Clays and Clay Minerals. 35:6.463-468.

Onyango,M.S. masukume,M. Aoyi,O. and Otieno,F. 2010. Functionalised natural zeolite and its potential for treating drinking water containing excess amount of nitrate. Water South African. 36:5.655-662.

Schulze-Makuch,D. Bowman,R.S and Pillai,S. 2004. Removal of biological pathogens using surfactant-modified zeolite. (U.S. Patent 2004/0108274 A1).

Shick,J. Caullet,P. Paillaud,J. Patarin,J. and Callarc,C.M. 2010. Batch wise nitrate removal from water on a surfactant modified zeolite, Journal of Microporous and Mesoporous Materials. 132:395-400.

Soares,M.I.M. 2000. Biological denitrification of groundwater. Water, Air Soil Pollution, 123:183-193.

Soleimani,M. Ansarie,A. Haj Abbasie,M. and Abedie,J. 2008. Investigation of nitrate and ammonium removal from groundwater by mineral filters, Journal of Water and Waste water. 19:67.18-26.

Su,C. and Puls,R. 2004. Nitrate reduction by zerovalent iron: effects of format, oxalate, citrate, chloride, sulfate, borate, and phosphate, Environ. Science Technology, 38:2715-2720.

World Health Organization. 2003. Guidelines for drinking water quality, 3rd ed. World Health Organization, Geneva.

Winneberger,J.H. 1982. Nitrogen, Public Health and the Environment. Ann Arbor Science, Ann Arbor, Michigan.